MERKBLATT (BDG-Richtlinie) P 510

MERKBLATT (BDG-Richtlinie)
P 510
Stand: November 2009
Maßliche Erstbemusterung
auf der Basis von 3D-CAD-Daten
Definition von Punkten oder Flächen im Raum
Inhalt:
1. Allgemeines
2. CAD-Daten
3. Vereinfachte Rohteilzeichnung
4. Toleranzen
5. Messverfahren
6. Auswertung und Darstellung
7. Literatur
8. Anlagen
1
Allgemeines
In der Zusammenarbeit zwischen Gießerei und Abnehmer werden die Informationen zur Geometrie
zunehmend über 3D-CAD-Daten ausgetauscht. Die maßliche Bemusterung von Bauteilen auf Basis
dieser 3D-Dateien erfolgt über einen Soll-Ist-Vergleich, der über die Definition von Punkten oder Flächen im Raum stattfindet. Die maßliche Bemusterung eines Rohgussteiles erfordert eine abgestimmte
Methode, bei der die gießereitechnischen Belange, wie z. B. Rohgusstoleranzen, Formschrägen, Bearbeitungszusätze usw., berücksichtigt werden. Dieses Merkblatt ist ein Leitfaden für eine effiziente
Vorgehensweise bei der maßlichen Bemusterung von Gussteilen über 3D-CAD-Daten.
Die Vorteile eines zwischen Gießerei und Abnehmer abgestimmten Rohteil-Datensatzes sind:
• Exakte Festlegung der Bestellgrundlage in Verbindung mit einer vereinfachten Rohteilzeichnung,
welche alle notwendigen Normen und besonderen Merkmale enthält.
• Verkürzung der Bestellzeiträume bis zum Vorliegen der vollständigen Erstmuster
• Verringerung des Aufwands für die Rohteilzeichnung
• Verwendung von Offline-Programmierung für taktile Messmaschinen, d.h. Messprogramme
werden vor Erstellung der Erstmuster unter Verwendung der CAD-Datensätze vom Rohteil erstellt und nicht wie bisher durch Teach-In-Programmierung.
• Geschlossene Prozesskette durch Verwendung des gleichen Datensatzes für die Bauteiluntersuchungen durch den Kunden (Festigkeit, Lebensdauer, Kollision, Funktion) und den Lieferanten (Prozess-Simulation), für die Konstruktion der Modellwerkzeuge und die geometrische Über
prüfung der Gusserzeugnisse.
Vom Arbeitskreis CAD-Daten im Fachausschuss „Konstruieren in Guss“ erstellt
Zu beziehen durch: VDG-Informationszentrum Giesserei, Postfach 10 51 44,
D-40042 Düsseldorf, Tel.: (0211) 68 71-254, Fax: -361, www.vdg.de
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• Sofortiger Soll-Ist-Vergleich des erzeugten Gussteils mit der Sollgeometrie des vereinbarten
Rohteildatensatzes nach dem ersten Abguss.
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Stand: Juni 2009
• Es erfolgt eine exakte Festlegung aller Formschrägen, so dass damit sämtliche Wandstärken definiert werden.
• Einbeziehung der vollständig beschriebenen Rohteilgeometrie in numerische Festigkeits- und
Lebensdaueruntersuchungen
• Möglichkeit der Kollisionsbetrachtung (Bearbeitung, Montage, Funktion) durch Integration des
Rohteildatensatzes in die virtuelle(n) CAD-Baugruppe(n)
• Die Erstaufspannung zur Bearbeitung ist rechtzeitig festgelegt und geometrisch überprüft, wodurch es möglich wird, Vorrichtungen zur Rohteilprüfung und für die Fertigbearbeitung parallel
zu erstellen.
• Korrekturschleifen zur Anpassung der Geometrie nach dem Rohteilabguss können vermieden
werden.
• Die gießereispezifischen Änderungen der Geometrie (Hohlkehlen, Entformhilfen) werden mit dem
Datensatz definiert.
• Ggf. kann mit einem abgestimmten Modellkonzept die Bearbeitungszugabe minimiert bzw. einige Flächen unbearbeitet verwendet werden.
• Anschnitte, Speiseransatzflächen und Kennzeichnungen befinden sich nicht an den Flächen für
die Erstaufspannung.
1.1 Vorgabendefinition (Absprachen/ Spezifikationen/ Lastenheft)
Erforderliche Abstimmungen zwischen Kunde und Gießerei vor Erstellung des Rohteil-Datensatzes:
•
•
•
•
•
•
Normen und Standards
Toleranzen
Erstaufnahmepunkte, Bearbeitungsstrategie, Bearbeitungszugaben
Freigänge (Montage, Bearbeitung, Funktion)
Formschrägen
Wandstärken, ggf. Mindestwandstärken
Die Abstimmung zur Erstellung des vollständigen Rohteildatensatzes hat so früh wie möglich zu erfolgen, um alle genannten Vorteile nutzen zu können.
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CAD-Daten
Der vollständige Rohteil-Datensatz (RT-DS) ist die Grundlage für eine Modellerstellung nach CADDaten und beschreibt vollständig die Sollgeometrie des zu erzeugenden Gussrohteils.
•
Bearbeitungszugaben nach Norm DIN EN ISO 10135 und/ oder im Speziellen nach Absprache
•
Radien, Formteilung entsprechend dem Modellkonzept
•
Formschrägen nach der Norm DIN EN ISO 10135 und/ oder im Speziellen nach Absprache
•
Punkte oder Flächen für die Erstaufspannung (evtl. ausführlich in vereinfachter Rohteil-Zeichnung)
•
Kennzeichnungen (Schriftzüge, Anschlusskennzeichnungen, Modell-/Rohteil-Nr., Gießdatum,
Nestnummer, Werkstoff, Gießerei-Kennzeichnung, Kunden-Kennzeichnung), mind. Kennzeichnungslinie /-kurven, (evtl. ausführlich in vereinfachter Rohteil-Zeichnung).
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Der RT-DS beinhaltet:
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•
Gießspezifische Eigenheiten wie Putzrippen, Anschnitte und Auffüllungen, soweit sie am Gussteil
verbleiben.
•
Generell muss die Geometrie auf Nennmaß konstruiert werden. Bei asymmetrischen Toleranzen muss eine Nennmaßanpassung durchgeführt werden, um eine symmetrische Toleranz zu
generieren.
Der Rohteil-Datensatz sollte nicht beinhalten:
Erforderliche Geometrieänderungen an den Modellwerkzeugen, welche zur Herstellung maßgerechter Gussteile erforderlich sind (z. B. Schwindungskompensation) und keinen Einfluss auf das Design haben.
2.1 Identifikation
Folgende Informationen müssen eindeutig hinterlegt sein:
•
Indexstand des Rohteildatensatzes, (mind. eindeutige Benennung des Datensatzes; besser Eintrag im Header der Datei wenn möglich), z. B. VDG-Musterteil V 04
•
Kopplung mit der vereinfachten Rohteil-Zeichnung. Auf dieser muss eindeutig auf den Rohteildatensatz inkl. Indexstand Bezug genommen werden.
2.2 Prüfung und Freigabe
Dieser Rohteildatensatz ist sowohl durch den Konstrukteur des Abnehmers (ggf. mit Hilfestellung
durch eine Gießerei) oder durch die Gießerei selbst (bzw. dessen Modellbau) zu erzeugen. In letzterem Fall ist dieser Datensatz vom Abnehmer zu prüfen und schriftlich freizugeben. Die Freigabe
muss vor der Modellerstellung erfolgen.
Durch die Prüfung muss sichergestellt werden, dass alle Vorgaben (siehe Pkt. 1.1) eingehalten wurden.
Die Einhaltung der Vorgaben ist entsprechend zu dokumentieren.
2.3 Beschaffung
Hinweise zur Datenbasis für die Bestellung der Modelleinrichtung und Rohteile:
Modellbestellung → Datenbasis: Rohteildatensatz
Rohteilbestellung → Datenbasis: Rohteildatensatz und vereinfachte Rohteilzeichnung
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Vereinfachte Rohteilzeichnung
Die vereinfachte Rohteilzeichnung enthält alle Informationen, die nicht im Datensatz enthalten sind
und die für die maßliche Überprüfung relevant sind.
Aus diesem Grunde ist die Zeichnung Bestandteil der Prüfung und bedarf der Freigabe vom Kunden.
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Vermessung/Erstbemusterung → Datenbasis: Rohteildatensatz und vereinfachte Rohteilzeichnung
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Folgende Informationen müssen aufgeführt sein:
•
Bauteilkennzeichnung
•
Werkstoff
•
Rohteilgewicht
•
Allgemeine Gusstoleranzen nach VDG-Merkblatt P 510
•
Größtmaß und Toleranzklasse / Bezugselemente
•
Erstaufnahme
•
Sondertoleranzen wie z. B. eingeengte Toleranzen Form- und Lagetoleranzen
•
Wichtige und kritische Merkmale (z. B. Dokumente mit besonderer Aufbewahrungsfrist DMBA)
Zugehörige(r) Datensatz/ Datensätze
Folgende Informationen können aufgeführt sein:
•
Werkstoffprüforte – Lage der Probenahme
•
Spann- und Hilfsanlagepunkte
•
Bereiche für Handlingssysteme
•
Reste des Gießsystems (z. B. Anschnitt)
•
Zulässiger Grat
•
Informationen über die Bearbeitungszugaben (Fertigmaße)
•
Schweißstandard
•
Hinweise auf Oberflächenbeschichtung (z. B. Lackierung)
•
Hinweise auf Druckdichtigkeit
•
Oberflächenrauigkeit
•
Angaben zum Restschmutz
Ein Beispiel für eine vereinfachte Rohteilzeichnung ist der Anlage (Bild 1) dargestellt.
Die Symbolik ist firmenspezifisch oder kann der DIN EN ISO 10135 entnommen werden.
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Toleranzen
4.1. Allgemeines
Sondertoleranzen für gussspezifische Merkmale wie z.B. Wandstärken oder kundenspezifische Anforderungen wie z. B. Rundlaufeigenschaften werden bei der Überprüfung mit gesondert festgelegten Toleranzen kontrolliert.
Für die Prüfung der Rohkontur ist es notwendig, das Gussteil an den Erstaufspannungen auszurichten.
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Für die maßliche Überprüfung wird generell eine Allgemeintoleranz für das Gussteil in Abhängigkeit
von der Gussteilgröße und dem Form- und Gießverfahren verwendet. Die Toleranzwerte basieren
auf der DIN EN ISO 8062.
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4.2. Ermittlung des größten Gesamtmaßes
Das größte Gesamtmaß soll nach DIN EN ISO 8062-1 wie folgt ermittelt werden:
„Das größte Gesamtmaß ist der Durchmesser der kleinsten Kugel, die das endbearbeitete Formteil
(Gussteil) aufnehmen kann, wobei nur die Nennmaße berücksichtigt werden.“
Beispiel: siehe Bild 2
4.3. Flächenformtoleranzen
3D-Datenmodell
für
Formteile
beim
Messen
gegen
das
Die Gusstoleranzen sollen symmetrisch zu der CAD-Konstruktion angesetzt werden.
Die Maßtoleranzklasse ist in Abhängigkeit vom Gießverfahren (DIN EN ISO 8062-3) in Abstimmung
mit der Gießerei zu wählen.
Siehe nachstehende Tabelle 1 (Die Zahlenwerte und Toleranzklassen entsprechen der Tabelle 2
aus der DIN EN ISO 8062-3.)
Die Flächenformtoleranz wird aus der entsprechenden Maßgruppe des ermittelten größten Gesamtmaßes und des angegebenen Maßtoleranzgrades DCTG ermittelt, z. B. größte Gesamtmaßgruppe
250 – 400 mm, DCTG 10, Flächenformtoleranz = 4,4 mm.
Merkmale mit Sondertoleranzen müssen in besonderen Protokollen nachgewiesen werden.
4.4 Wanddicken
Wenn Wanddicken nicht mit Sondertoleranzen angegeben sind oder ausdrücklich aus bekannten
Normen (z. B. DIN EN ISO 8062-3) entnommen werden sollen, so wird die Wanddickentoleranz wie
folgt ermittelt:
Es wird die Toleranz aus dem nächst niedrigeren DCTG-Grad als der für das gesamte Gussteil
geltende verwendet.
Beispiel:
Für ein Gussteil mit einem größten Gesamtmaß im Bereich von 250-400 mm und einem Genauigkeitsgrad DCTG-10 - dies entspricht einer allgemeinen Flächenformtoleranz von 4,4 mm - wird für die
Wandstärken die Toleranz aus dem Genauigkeitsgrad DCTG-9 verwendet, d.h. die Wandstärken haben eine Gesamttoleranz von 3,2 mm und das ergibt eine symmetrische Toleranz von ± 1,6 mm.
Falls nicht anders festgelegt sollen Gussteile, die die Flächenformtoleranzen überschreiten, nicht automatisch abgelehnt werden.
Die für die Funktion zulässige Toleranz ist oft größer als die Flächenformtoleranz. Die Funktion der
Gussteile ist daher nicht immer beeinträchtigt, wenn die Toleranz (gelegentlich) an beliebigen Stellen von Formelementen des Gussteils überschritten wird.
Ein Überschreiten der Toleranz sollte nur dann zu einer Zurückweisung des Gussteils führen, wenn
seine Funktion beeinträchtigt ist.
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4.5 Zurückweisung
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Messverfahren
5.1 Messverfahren – Grobeinteilung
Zurzeit sind folgende Verfahren möglich:
•
taktile Erfassung
•
optische Erfassung
•
Computer-Tomografie (CT) mit maßlicher Auswertung
Die taktile Messung ermittelt eine endliche, vorher definierte Anzahl von Punkten auf der Bauteilgeometrie durch Heranführen eines Tast-Sensors, der bei Kontakt mit der Bauteiloberfläche die räumliche Koordinate ermittelt. Die gemessene Punktposition wird gegen die Position des entsprechenden
Punktes des Rohteil-Datensatzes verglichen und die Abweichung wird ausgewertet und dargestellt.
Über eine angemessene Anzahl von Messpunkten oder einen Kontur-Scan lassen sich auch Form
und Lage von Regelgeometrien vermessen und auswerten.
Die optische Erfassung ist derzeit unter anderem sowohl über bildgebende Verfahren als auch über
Laserabtastung möglich. Dabei wird automatisch eine Vielzahl von Messpunkten generiert, die in ein
Polygonnetz umgewandelt oder zur Flächenrückführung genutzt werden können. Diese werden in
einer Auswertesoftware gegen den Rohteil-Datensatz verglichen und stellen in allen gescannten Bereichen die Abweichungen mit hoher Detailauflösung vollständig dar.
Über die Auswertesoftware lassen sich auch Form und Lage von Regelgeometrien vermessen und
auswerten.
Die Erfassbarkeit hängt von den optischen Eigenschaften der Oberfläche und der optischen Zugänglichkeit der konkreten Geometriebereiche ab. Von außen nicht sichtbare Bereiche können nicht erfasst werden, um diese zu ermitteln ist ein Auftrennen des Bauteils erforderlich.
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Innenbereiche sind allgemein nicht zerstörungsfrei überprüfbar, über Sondertaster sind aber einige
von außen nicht sichtbare Punkte zu erreichen. Durch Auftrennen des Bauteils lassen sich Innenkonturen jedoch vermessen, dazu sind Referenzpunkte erforderlich.
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Bei der Computer-Tomografie (CT) mit maßlicher Auswertung werden jeweils zweidimensionale Durchstrahlungsbilder (Röntgenstrahlung) erzeugt; über eine große Anzahl solcher Bilder lassen sich diese dann mit einer speziellen Auswertesoftware für die Erzeugung von Messpunkten in ein Polygonnetz umwandeln oder zur Flächenrückführung nutzen. Diese werden in einer Auswertesoftware gegen den Rohteil-Datensatz verglichen und stellen in allen gescannten Breichen die Abweichungen
dar. Über die Auswertesoftware lassen sich auch Form und Lage von Regelgeometrien vermessen
und auswerten. Mit dieser Messtechnologie werden auch verdeckte Kanten erkennbar gemacht, ohne das Teil zu zerstören. Das Verfahren hat eine begrenzte Anwendbarkeit, abhängig von Material
und durchstrahlter Wandstärke.
5.2 Zu definierende Parameter
Bei taktiler Erfassung:
Es sollten möglichst nur die für den Endabnehmer wichtigen Punkte am Teil gemessen werden; damit wird von ihm festgelegt, welche Bereiche für die Funktion und/ oder für mögliche Kollisionen
wichtig sind.
Wenn keine definitiven Aussagen zu den gewünschten Messpunkten gemacht werden können, sollte für die erste Vermessung eine Größenordnung von Punkten je Gussteil (z. B. 50) oder Punkten je
Fläche (z. B. 0.25/cm²) festgelegt werden.
Bei optischer Erfassung und Computer-Tomografie (CT):
Die Auflösung und damit die Anzahl der erfassten Punkte wird durch die Bauteilgröße und das Verfahren bestimmt.
Es sollte abgestimmt werden, ob das ganze Teil oder ggf. welche Bereiche zu scannen sind.
Ausrichtung:
Mögliche Ausrichtung von ermittelten Punkten/ gescannter Punktewolke zum Rohteil-Datensatz zur
Auswertung sind:
• „3-2-1“-Methode (definierte Ausrichtung nach Erstaufspannung) oder
• „Bestfit“ (automatische Ausrichtung der ermittelten Punkte/ Flächen, dass die geringsten Abweichungen erreicht werden).
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Auswertung und Darstellung
6.1 Allgemeintoleranz
Grün - innerhalb der Toleranz
Blau - Abweichung außerhalb der unteren Toleranzgrenze (weniger Material)
Rot - Abweichung außerhalb der oberen Toleranzgrenze (mehr Material)
Im ersten Teil der Auswertung wird, wenn nicht mit „Bestfit“ gearbeitet wird, die Erstausrichtung des
Gussteiles dargestellt. Hierzu ist es notwendig, die Scanndaten der Erstanlage mit dem Rohteildatensatz in Übereinstimmung zu bringen. Es ist nur die kleinste prozessbedingte Abweichung zulässig.
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Die Auswertung erfolgt gemäß den Toleranzvorgaben auf der vereinfachten Rohteilzeichnung. Die
Basisauswertung ist ein Soll/ Ist-Vergleich zwischen Rohteildatensatz und Gussteil mit der angegebenen allgemeinen Flächenformtoleranz. Die Darstellung der Messpunkte (Optische 3D-Messtechnik oder taktile 3D-Messtechnik) erfolgt z. B. mit den Farben
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Im zweiten Teil erfolgt die angesprochene Auswertung mit der allgemeinen Flächenformtoleranz.
Werden bei der Geometrieprüfung Abweichungen (Toleranzüberschreitungen oder nicht im Datensatz enthaltene gießereispezifische Änderungen) erkannt, können diese zur besseren Bewertung mit
zusätzlichen Maßangaben versehen werden (siehe Bild 4 in der Anlage).
6.2 Sondertoleranzen
Im dritten Teil der Auswertung werden die Sondertoleranzen dargestellt:
Wandstärken
Die Auswertung der Wandstärkentoleranz ist bei den gängigen Messsystemen für den Soll/ Ist-Vergleich nicht direkt möglich. Bei den Oberflächenscannsystemen gibt es die Möglichkeit, dass man
eine obere und untere Wandstärke vorgibt oder an geeigneten Stellen Schnitte legt und analysiert
(siehe Bild 5 in der Anlage).
Beim taktilen und optischen Messverfahren kann eine gesonderte Auswertung mit herkömmlichen
Mitteln (Dickenmesstaster, Ultraschall, Gussteilschnitt) sinnvoller sein.
Bereiche mit eingeschränkter Flächenformtoleranz
Bereiche mit eingeschränkter Flächenformtoleranz werden mit dem vorgegebenen Toleranzwert geprüft. Die Auswertung entspricht der Vorgehensweise der Basisauswertung.
Zum besseren Verständnis sollen in der Darstellung nur die angesprochenen Bereiche dargestellt
werden.
Bereiche mit zusätzlichen Toleranzen
Gibt es Bereiche am Gussteil mit zusätzlichen Toleranzen (z. B. Form- und Lagetoleranzen) müssen diese über geometrische Messungen untersucht und gesondert protokolliert werden.
6.3 Bemusterung (Messbericht)
Zu jeder Bemusterung gehören Messberichte und wenn gefordert Fähigkeitsnachweise. Im Messbericht werden die unter Punkt 6.1 und 6.2 beschriebenen Auswertungen in das kundenspezifische
Formular (z. B. VDA-Formular) eingebunden.
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Literatur
Normen
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Anlagen
Bild 1: Beispiel für eine vereinfachte Rohteilzeichnung
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Bild 2: Anwendungsbeispiel: Größtes Gesamtmaß = 277 mm
Ø 277
Bild 3: Auswertung/Darstellung der Erstausrichtung
1. Optische 3D-Messtechnik
2. Taktile 3D-Messtechnik
Bild 4: Auswertung mit einer Flächenformtoleranz
2. Taktile 3D-Messtechnik
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1. Optische 3D-Messtechnik
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Bild 5: Auswertung/ Darstellung der Wandstärken
2. Optische 3D-Messtechnik Schnittmessung
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1. Optische 3D-Messtechnik Gesamtmessung